Reverse Engineering을 이용한 Suction Housing의 음장해석

Abstract

석션(Suction)은 치과 진료 시 발생하는 다량의 이물질과 분비물을 구강에서 흡입하여 환자의 기도유지를 위한 장치로, 치과진료에 있어서 없어서는 안될 필수 장치인 의료용 진공펌프이다. 석션은 작동 중 임펠러(Impeller)의 의한 소음으로 의사에게는 스트레스를, 진료 받는 환자에게는 공포와 불안감을 조성하는 등 상당한 불편을 초래하고 있어서 최근 소비자인 치과 의사들의 저소음 석션에 대한 요구가 급격히 증가하고 있다. 석션과 같이 임펠러에 의해 발생되는 소음은 임펠러의 기본 회전주파수와 날개 개수에 의한 날개통과주파수(Blade Passage Frequency, BPF)가 주된 소음원으로 알려져 있다. 이에 대한 연구는 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 이용한 유동해석과 소음예측에 대한 연구가 주로 수행 되어졌으나 소음저감대책에 대한 연구가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 키르히호프-헬름홀쯔 적분식(Kirchhoff-Helmholtz Integral Equation)을 이용한 경계요소법(Boundary Element Method, BEM)으로 임펠러가 장착되어있는 하우징 내부공간의 음장 해석을 실시하였다. 해석에 정확도를 높이기 위하여 최근 발전되고 있는 Reverse Engineering을 도입하였다. 3D 스캐닝을 이용하여 실제 연구대상의 기하학적 데이터를 측정, 가공하였다. Reverse Engineering을 이용하여 모델링을 완성한 후, 임펠러의 날개 수 변화함에 따라 가진주파수인 날개통과주파수의 변화와 하우징 내부공간의 음장 변화를 해석하였다. 또한, 모델링의 자유도수 변화에 따른 해석을 실시하였다. 해석 결과를 토대로 하여 해석정확도와 소음저감방안을 제안하였다.; Suction is a device that keep patient's breath way by sucking foreign substances and excretions from mouth. Suction is essential device made with medical vacuum pump for dental treatment. Dentist's requests for low noise Suction, are being increased rapidly, because dentist feels stress and patient feels fear and uneasiness by impeller noise during suction working. The origin of noise generated by impeller like Suction is known that Blade Passage Frequency (BPF) made by Basic Rotation Frequency and number of blade, makes noise mainly. The research related this noise is mainly performed by flow analysis and forecast noise using Computational Fluid Dynamics (CFD). But it is insufficient to study reducing noise measure. I tried to analyse sound field of housing inside space installed impeller by Boundary Element Method (BEM) using Kirchhoff-Helmholtz Integral Equation. To increase analysis accuracy, Reverse Engineering Technology which is developing recent is used. We measured and treated geometrical data of real study thing by 3D scanning. After modeling by Reverse Engineering, we analysed variation of BPF as adding vibration frequency and variation of sound field at inner space of housing by change number of impeller blade. And, we tried analysis about free of degree number variation. We proposed analysis accuracy and noise reducing method by analysis result.